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Seis experimentos científicos com o sintetizador de frequência

Atualizado: 2 de dez. de 2022


O Sintetizador de Frequência permite experimentos científicos emocionantes com suas três vozes programáveis ​​com frequências de 200 a 10.000 hertz. Aqui oferecemos 6 experimentos simples e rápidos para realizar para estudar ondas sonoras com seu smartphone ou tablet:

  1. Criar uma batida acústica

  2. Gerar um anti-som

  3. Sintetize o timbre de uma flauta

  4. Realizar um audiograma

  5. Proteja-se de sons muito altos

  6. Medir a velocidade do som


1. Criar uma batida acústica

Um efeito sonoro muito utilizado na música eletrônica é o efeito LFO, também chamado de sound beat. Nesse efeito, o volume de um som aumenta e diminui periodicamente, como uma sirene. Este efeito pode ser reproduzido de forma muito simples com o sintetizador.


Como fazer este experimento

Abra o sintetizador na guia Ferramentas do aplicativo FizziQ. Adicione uma segunda voz. Defina a primeira voz para 600 hertz e a segunda voz para 602 hertz. Então ouvimos claramente a pulsação resultante da interferência periódica dos dois sons. Mude a segunda frequência para 605 hertz, a batida fica muito rápida. Aumente o desvio para 620 hertz e a batida se tornará inaudível.


Para saber mais sobre o efeito LFO, você pode baixar a atividade "Flume" sobre batidas acústicas, ou assistir ao vídeo que fizemos sobre o assunto.


2. Gera um "anti-som"

Falamos muito sobre anti-matéria... então porque não gerar um anti-som? Este é o princípio no qual funcionam os fones de ouvido que suprimem o ruído de fundo. Nesta experiência, mostramos como cancelar um som.


Como fazer este experimento

Abra o Sintetizador na guia Ferramentas do aplicativo FizziQ. Adicione uma segunda voz. Defina a primeira voz para 600 hertz e a segunda para 600 hertz também, e ambos os volumes para 50%. Agora tocando este som, ouvimos um som puro. Use o botão de mudança de fase para mudar a segunda voz em relação à primeira. Notamos que quanto mais deslocamos este botão para o meio, mais o som é atenuado. Quando o botão está no meio, ou seja, quando a segunda voz está meio período fora de fase com a primeira, o som desaparece completamente.

Quando a segunda voz é deslocada por meio período, a onda sonora da segunda voz é exatamente o oposto da primeira voz e quando os dois sons são tocados ao mesmo tempo, eles se anulam. O mesmo princípio é usado em fones de ouvido com cancelamento de ruído: sons ambientes repetitivos são gravados e, em seguida, reproduzidos com uma mudança de fase que permite que sejam suprimidos para o usuário.


Para saber mais sobre o cancelamento de ondas sonoras, você pode baixar a atividade "Uma bolha sem ruídos" sobre a tecnologia de fones de ouvido com cancelamento de ruído ativo.


3. Sintetize o timbre de uma flauta ou um oboé

Muitas vezes falamos sobre o timbre de um instrumento, mas o que queremos dizer com isso? O som puro é uma onda sonora de frequência única. Se adicionarmos a esta onda outra onda sonora cuja frequência é um múltiplo desta primeira onda, teremos então um som muito mais agradável ao ouvido, mais rico. Isso é chamado de timbre.


Como fazer este experimento

Vamos tentar recriar o som de uma flauta. Na biblioteca de sons, escolhemos o som da flauta e ouvimos o som. A nota tocada tem uma frequência de 880 hertz. Vamos pegar o sintetizador e tocar um som puro dessa frequência. Ao comparar os dois sons, o da flauta e o do sintetizador, ouvimos que esses sons não soam iguais. Adicionando outras vozes ao sintetizador, tentaremos recriar o som exato da flauta.


Adicione duas vozes ao som do sintetizador e vamos definir as três vozes para 880 hertz, 1760 hertz e 2600 hertz. Em seguida, ajustaremos o volume de cada voz para tentar obter o som mais próximo ao da flauta. Que resultado obtemos? O som é muito sensível aos volumes selecionados? Podemos verificar o resultado analisando o espectro de frequência do som da flauta?


Os harmônicos são criados por ressonâncias internas ao instrumento musical, seja pelo mecanismo produtor de som ou pela caixa de som. Ao aumentar a frequência fundamental, eles enriquecem o som do instrumento e dão a ele um tom particular agradável ao ouvido. Você pode analisar os harmônicos de um determinado instrumento usando o Frequency Spectrum, o instrumento de medição do FizziQ. Quantas vozes o sintetizador precisaria para reproduzir o som do oboé da biblioteca da biblioteca de sons? Por que não usar vários laptops para reproduzi-lo com mais precisão?


4. Realize o Audiograma

A partir dos 60 anos, a sensibilidade da nossa audição diminui muito em sons agudos. Um experimento envolve pedir a uma pessoa de 60 anos para realizar um audiograma com um telefone celular. Um audiograma é uma análise auditiva realizada por um especialista e cujo objetivo é testar a qualidade da audição em diferentes frequências.


Atenção, nunca coloque um alto-falante próximo ao ouvido de alguém ou submeta alguém a um volume excessivo, pois isso pode causar danos irreversíveis ao aparelho auditivo.


Como fazer este experimento

Para testar a audição, criaremos batidas de som em várias frequências e, em seguida, anotaremos o volume em que a pessoa ouviu o som. Usamos batidas, porque ajuda a discernir o som com o fenômeno da pulsação. O laptop é colocado sobre uma mesa a cerca de 1 m da pessoa.


Primeiro vamos criar uma batida em 1000 hertz criando duas vozes no sintetizador, uma em 1000 hertz e outra em 1001 hertz. Colocamos o volume no mínimo e depois aumentamos gradativamente o volume do smartphone até que a pessoa ouça o som. O nível de volume é anotado em uma tabela no livro de experimentos e então a operação é realizada para 2000, 4000, 6000 e 8000 hertz. Ao inserir os dados em uma tabela, o audiograma é criado.


Agora compare este audiograma com o seu próprio audiograma. Observe que, para poder comparar esses dois audiogramas, eles devem ser feitos nas mesmas condições com o smartphone colocado à mesma distância do sujeito.


5. Meça a atenuação do som em função da distância

Emma está em um show e está a 2 metros de um alto-falante. Ele mede o nível de som que é de 105 db. Com esse poder, ela não pode ficar neste lugar sem arriscar danificar sua audição. A que distância ela deve ser colocada do alto-falante para que o som seja de 90 db e ela possa acompanhar todo o show sem riscos?


Como realizar esta experiência?

Podemos facilmente experimentar a experiência reduzida com nosso smartphone. Vamos precisar de dois smartphones com FizziQ instalado e uma régua. Um dos smartphones será usado para medir o nível de som, o outro para emitir um som estável com o sintetizador. Primeiro vamos localizar no dispositivo que mede onde está o microfone. No aparelho receptor, na aba Measurements, selecionamos o Sound Level, e no aparelho emissor, na aba Tools, selecionamos o Synthesizer, configurado para 1000 hertz. Usando o dispositivo de transmissão, a localização do microfone é procurada detectando a intensidade máxima do som.


Agora vamos experimentar. Sobre um tapete, carpete ou melhor ainda sobre um isolante acústico, coloque os dois aparelhos um de frente para o outro, com o alto-falante do transmissor exatamente em frente ao microfone do receptor. Lançamos o sintetizador com um volume suficientemente alto e removemos o transmissor a uma distância tal que o volume do som seja de 105 db. A distância entre os dois smartphones é medida. Agora afastamos o transmissor para que o volume seja de 90 db. Qual é essa nova distância? Qual é a razão dessas distâncias? A que distância Emma deve ficar do recinto? A teoria nos mostra que quando dobramos a distância o nível de som é reduzido em 6 decibéis, o experimento confirma esse cálculo?

Sons altos são um perigo para nossa audição e infelizmente os danos são irreversíveis. Vamos cuidar disso! Para saber mais sobre o som e seus perigos, você pode fazer esta atividade: "Chloé no show".


6. Meça a velocidade do som

Existem vários métodos para calcular a velocidade do som usando um laptop. Aqui vamos realizar um experimento original para calcular essa velocidade usando o sintetizador de frequência. Esta experiência é realizada com um dispositivo Android que permite emitir um som e simultaneamente analisar o nível sonoro.


Como realizar esta experiência?

Para esta experiência, você precisará de um livro grosso, uma régua e um pequeno livro de bolso com capa refletiva. Em um tapete ou carpete, ou melhor, em um isolante de som, coloque o laptop sobre um livro deitado de forma que fique um pouco alto. Em seguida emitimos um som com frequência de 680 hertz com o sintetizador da aba Tools e simultaneamente analisamos a Amplitude do sinal com o Oscilogram da aba Measurement.

Coloque o livro de bolso verticalmente na frente do smartphone e afaste-o até que a medição da amplitude seja a mais baixa possível. A distância entre o smartphone e o livro é então medida. Esta medida nos permite calcular a velocidade do som pela fórmula: velocidade do som = frequência*4*distância(cm)/100


Por que esse experimento nos permite calcular a velocidade do som? O nível de som no microfone é a soma da onda sonora vinda do alto-falante e a onda refletida pelo livro. A intensidade desta segunda onda é fraca mas suficiente para criar uma pequena variação de volume ao nível do microfone por interferência na onda principal. Quando o livro é colocado a um quarto do comprimento de onda, a onda refletida fica meio período defasada em relação à onda emitida e, portanto, reduz a intensidade dessa onda ao nível do microfone, próximo ao alto-falante .


Este experimento geralmente leva a uma superestimação da velocidade do som. De fato, assumimos que o microfone e o alto-falante estavam no mesmo lugar. Na prática, eles podem ser separados por alguns centímetros. Por outro lado, o próprio microfone não está colocado na superfície do smartphone, de onde fazemos as medições. O cálculo da velocidade é menos preciso que outros métodos mas os conceitos abordados por este experimento abrem caminhos pedagógicos interessantes!


Para saber mais sobre o cálculo da velocidade do som, pode consultar o nosso vídeo dedicado a este assunto.


Descobertas

O sintetizador permite realizar muitas experiências muito interessantes, para serem realizadas em aula como parte de uma sessão prática, ou em casa para aprender mais sobre ciências e acústica. As três vozes de sintetizador do FizziQ também oferecem novas possibilidades de experimentação.



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